MANUAL DE CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DEL CIRCUITO DE ANCLADOANALÓGICO PARA EXPERIMENTOS DE DOS FOTONES EN RUBIDO

Miguel Angel Bastarrachea Magnani. Facultad de Ciencias, UNAMJosé Ignacio Jiménez Mier y Terán.lnstituto de Ciencias Nucleares, UNAM

En este trabajo se describirá el procedimiento para anclar la frecuencia de emisión de un diodo-láseren las transiciones atómicas entre los estados 5S1/2y 5p3/2en una celda de vapor de Rubidio a travésde realizar espectroscopia en este elemento. El objetivo es lograr obtener espectroscopia de sistemasde dos fotones en este elemento alcalino. Con este fin, se explicará cómo se realiza laespectroscopia libre de Doppler o de absorción saturada así como la estructura y la operación de loscircuitos que participan activamente en la estabilización, el circuito de detección y el de anclado.

2. DISPOSITIVOS EXPERIMENT ALES PARAREALIZAR LA ESPECTROSCOPIA.

El primer paso para lograr el anclado de frecuencias esusar técnicas espectroscópicas para identificar lastransiciones atómicas del Rubidio. Es en estas

frecuencias en las que se anclará el láser. En estasección se describirán los dispositivos experimentales

para realizar espectroscopia de absorción, de absorciónlibre de Doppler y de polarización.

2.1 RUBIDIO

El Rubidio es un átomo conveniente para estudiarsecon espectroscopia de absorción debido a que suestructura atómica es hidrogenoide. Los estados base yel primer excitado son 5s1/2 y 5p3/2 con transicionesalrededor de los 780nm. En la figura O se muestran lasprincipales transiciones cerca del estado base para elRubidio. Ya que en esta región los diodos-láserconvencionales emiten resulta conveniente usado pueses accesible realizar experimentos de espectroscopia yátomos fríos usando este elemento. Además la presiónde vapor del Rubidio permite tener celdas con esteelemento a temperaturas cercanas a la ambiente. Esprincipalmente por estas razones que el Rubidio es útilpara realizar estos experimentos.

1. INTRODUCCIÓNEl uso de láseres con una frecuencia estable, esesencial en la actualidad para varias ramas de lainvestigación en física. En particular, los diodos laserofrecen ventajas con respecto a otros láseres como losde He-Ne en cuanto a eficiencia y tamaño. En estetrabajo se describirá el proceso por el cual se puedeanclar la frecuencia de un diodo láser por medio detransiciones atómicas en 85Rb y 87Rb para experimentosde física atómica. Para esto, primero se explicará cómose realiza la espectroscopia necesaria para caracterizarlas transiciones atómicas que permitirán el anclado defrecuencias. Las técnicas espectroscópicas que sedescribirán de manera cualitativa son: espectros copiade absorción, espectroscopia de absorción libre deDoppler y espectros copia de polarización. A través deestas técnicas espectroscópicas se puede identificar laestructura hiperfina del Rubidio y caracterizar lastransiciones en las que se quiere anclar el diodo láser.Los dispositivos para realizar la espectros copia sedescribirán en la siguiente sección. En la sección 3, semostrará un circuito de detección elaborado paraobtener señales de voltaje a partir de las señales decorriente obtenidas al hacer la espectroscopia. En lasección 4 se enumerarán los pasos a seguir para llevar acabo la espectroscopia e ir caracterizando la emisióndel diodo láser. Por último, en las secciones 5 y 6 seexplicará en detalle la estructura y funcionamiento asícomo la operación del circuito de anclado defrecuencias analógico.

Láser

Fig.O TI';lIlSidollcs NI Rubidk.

Cá:m;1r~

dé Yal"'fd"R

DiYisordtB••P-ot:am:a.llt"

2.2 ESPECTRO COPIAS DE ABSORCIÓN

El dispositivo básico se ilustra en la figura 1. El hazque sale del diodo láser pasa por una celda de vapor deRubidio y se hace incidir sobre fotodiodos acoplados aun circuito de detección el cual se describirá después.Este haz se denomina haz de prueba. Mediante estedispositivo, se pueden obtener espectros de absorción apartir de la caída de intensidad del láser. Estosespectros se logran debido a que al ir variando lafrecuencia emitida por el láser en algún momento sepasa por la frecuencia de transición con laconsecuencia de que el vapor de Rubidio absorbaenergía del láser y ocurra una caída de intensidad enéste. Ahora, en la figura se muestra que antes de pasarpor la celda de Rubidio, el haz pasa por un polarizador.Éste está dispuesto de forma que la luz se polaricediagonalmente con respecto a un divisor de hazpolarizante (PBS por sus siglas en inglés) por el quepasa el haz, de esta forma se tienen dos señales despuésde la celda para compararlas. La detección de lasseñales de realiza mediante un par de fotodiodos y uncircuito de detección. La generación de las dos señalespermitirá hacer espectroscopias subsecuentes. En lafigura 2 se muestra un espectro de absorción para lastransiciones atómicas de 85Rb y 87Rb.

Una vez identificadas las regiones de las transiciones,el siguiente paso para mejorar la espectroscopia eshacer espectroscopia de absorción saturada o libre deDoppler.En la espectroscopia de absorción el espaciamientoentre las líneas de la estructura fina o hiperfina no sepuede resolver debido al ensanchamiento Doppler. Lautilidad de la espectroscopia de absorción saturadaconsiste en que permite resolver éstas líneas debido a laintervención de un segundo haz más intenso ycontrapropagante al haz de prueba; a este haz lollamaremos haz de saturación. La distribución de

velocidades de los átomos en el vapor de la celda estípicamente térmica o Maxwelliana. Debido a esto losátomos tienen recorrida la frecuencia de transición

dependiendo de su componente de velocidad. Al hacerpasar un haz más intenso que el de prueba ycontrapropagante, los átomos con ciertas componentesde velocidad se excitan y por ende el sistema se satura.

En otras palabras, Cuando interactúa con el mismonúmero de átomos que el haz de prueba (velocidadcero), disminuye significativamente la absorción deeste último, permitiendo observar la estructurahiperfina para el haz de prueba [1]. El dispositivo parala espectros copia libre de Doppler consiste en dividir elhaz proveniente del láser en uno de prueba (que pasapor la celda e incide sobre los fotodiodos) y en uno desaturación contrapropagante. El haz de saturación debeser lo suficientemente intenso para saturar lastransiciones atómicas. Este haz es entonces alrededor

de tres veces más intenso que el haz de prueba, ennuestro caso el haz de prueba estaba alrededor delOO¡.tW de potencia, mientras que el haz de saturacióntenía alrededor de 300¡.tW. Como se dijo anteriormentelas transiciones ocurren cerca de una longitud de ondade 780nm entre la estructura hiperfina de los estados5s1/2 y 5P3/2 del 85Rb y del 87Rb. Como se muestra enla figura 3, para que sea contrapropagante con respectoal haz de prueba, el haz de saturación se hace incidirsobre un espejo como se muestra en la figura 3. Aligual que en el caso de la espectroscopia de absorciónse tiene un polarizador así como el PBS y losfotodiodos. Sin embargo, en este caso se añade elcircuito de anclado, pues con esta espectroscopia esposible estabilizar la frecuencia del diodo-láser. En la

:Fig.2 Fig.4

3.6

Unidad ;;¡rbitrSl"ia d", tiHl1pc.

4.2 4;4

Unidad arbitraria d<?tiempo

3. CIRCUITO DE DETECCIÓNEl circuito de detección se encarga de transformar lascaídas de intensidad del láser debidas a las transiciones

atómicas en señales de voltaje. El diagrama del circuitose observa en la figura 7. Este circuito se encuentra enuna tarjeta de cobre montada en una caja. Un esquemade la caja se ilustra en la figura 8. El haz incide sobreun orificio hecho en la caja y es separado por un PBSmontado también en la caja. Cada uno de los nuevoshaces, inciden a su vez en un fotodiodo respectivo.Estos fotodiodos, son las señales de entrada del circuitode detección. A través del diseño del circuito, se

transforman las señales de corriente generadas por los

4.4'.23-8

unkl~d arbrtraria de tiempo

85Rb

3.4

0.1'5

1).25

Fig.6

polarización del haz de saturación. Un espectro deespectroscopia de polarización se muestra en la figura6. Algo más que hay que hacer notar es el hecho de quea la salida del diodo láser en todos los casos, se coloca

un aislante óptico. Este componente del dispositivo,tiene la función de evitar que parte de la luz seareflejada de vuelta al diodo-láser por algún componenteóptico; pues si esto sucediera, habria problemas con laretroalimentación del láser [3]. Es por eso que se debealinear perfectamente el aislante óptico antes de montarel dispositivo, con el fin de evitar errores posteriores enla alineación de los componentes. Algo de sumaimportancia en todo tipo de experimento óptico es laalineación. El láser debe ser paralelo a la mesa en todomomento. Para lograr esto, se sugiere usar uno o dospostes con una cartulina en la cual se marque la alturadel láser. Moviendo los postes a lo largo del camino delhaz, es posible verificar si este es paralelo a la mesa ono.

figura 4 se muestra un espectro de absorción nosaturada, como se puede observar, es casi idéntico alde absorción libre de Doppler, pero se pueden veralgunas transiciones que el ensanchamiento Dopplerocultaba. Cabe hacer notar que varias de ellas no sontransiciones, sino lo que se conoce como "crossovers".Estos ocurren cuando dos transiciones comparten unestado base común y difieren en frecuencia por menosdel ancho Doppler; en este caso hay dos grupos deátomos con los que el haz de saturación interactúasimultáneamente, por lo que hay una disminución deintensidad del haz de prueba justo en el promedio deestas dos frecuencias de transición. El último paso esrealizar espectroscopia de polarización, pues éstapermite un anclado de frecuencia más efectivo. Laespectros copia de polarización consiste en polarizarlinealrnente el haz de prueba y circular el hazsaturación de forma que se saturen selectivamenteestados con proyección de momento angular total mF(dependiendo de la polarización circular que se estéusando); básicamente lo que se hace es inducir unabirrefringencia en el medio [2]. Para polarizarcircularmente se usan láminas retardadoras de ),)2 y),)4. Al hacer pasar el haz de prueba por un cubodivisor polarizante a 45°, los dos haces resultantes setraducen a dos señales de voltaje que se restan entre sí.El resultado de la resta es un espectro de la estructurahiperfina del Rubidio. El dispositivo se muestra en lafigura 5; como se puede observar es casi idéntico al dela absorción libre de Doppler pero alterando la

Fig. 7 EsquelllR del circuito de detección.

Haz

Fíg. 8 Esquem.a de la ("aja del dn:u¡tú de detección.R es rellejado- y T transmitido.

4.1. AJUSTES DEL CONTROLADOR DELDIODO LÁSER.

A través del controlador del diodo láser, se podránmodificar los aspectos "gruesos" que determinan lalongitud de la cavidad y en consecuencia la longitud deonda que emite el láser. Estas condiciones sonbásicamente la corriente que pasa por el diodo y latemperatura. En este trabajo, el interés es explicar endetalle las cuestiones operativas, por lo que no sedescribirá la estructura y funcionamiento del diodoláser, para ello se puede ver [3]. Por su parte, el diodoláser se conecta con el controlador a través de un cable

DB9, el cual debe estar conectado, cuando no lo está yse intenta hacer pasar corriente sobre el diodo, apareceun error E507 en la pantalla del controlador; esto sehace notar pues es un error muy común. Los pasos paraencender y apagar el controlador así como imponer lascondiciones en corriente y temperatura sobre el diodoson las siguientes:

l. Se prende el controlador con el botón deencendido.

2. Se mueve la perilla para encontrar el canal delcontrolador al cual está conectado el diodo quese esté usando.

3. Se oprime el botón de LAS (láser) para podercambiar las caracteristicas por imponer al diodo,como temperatura, corriente máxima permitida.

4. Después de esto, se oprime el botón de CHAN(canal) para regresar al menú de los canales.Nuevamente se ubica el canal que se esté usandoy se enciende el control de temperatura con elbotón.

5. Se debe esperar de 15min a 30min a que latemperatura del diodo se estabilice. Esto se hacenotar por que la resistencia del termistorconectado a la montura del diodo varía muypoco. Hasta que la temperatura esté estable serecomienda no encender el láser.

6. Cuando se quiera encender el diodo, se introducela llave y se gira. Luego, se indica con el tablerode números la corriente que se le va a hacerpasar al diodo. También se puede hacer estogirando la perilla. Se recomienda modificar lacorriente a lo más en pasos de lOmA hasta llegara la corriente deseada, pues el diodo puede sersensible a cambios bruscos de corriente y alterarsu funcionamiento.

7. Cuando se vaya a apagar, se baja la corriente acero y se gira la llave. Luego, se apaga el controlde temperatura. Por último, se debe poneratención en que ningún otro canal estéencendido (ni corriente, ni temperatura) antes deapagar.

8. Para apagar se oprime el controlador deencendido.

14 OU.lPllt 4

13t.",ertlllg I"pllt 411 N.".Íllltrtlllj¡ Input 411 Vot·

10 Non.'ul,rtl,,? l"p"t,3

9 Imert'''? Input,3

SOutput,3

CiteuitodeDetección

Inyerting Input :z 6:

Outpllt27

Olltput11Iny~ttb.~I"put 11

:"~u.ln"e{{jn~ luput 1 3\".,,>4

fotodiodos en señales de voltaje amplificadas;básicamente se está usando un circuito en

configuración inversora, con amplificador operacionalTL074. Un diagrama de las entradas de este circuitointegrado se ve en la figura 9 como referencia. Laganancia del circuito puede ser modificada por mediode las resistencias variables del circuito de lOOKQ. Se

hace notar, que para cada haz se usa el mismo circuito,y que el circuito de detección completo consta de unpar de circuitos de detección individuales para cadahaz, ambos montados en la misma caja. Las señales devoltaje se pueden obtener del circuito a través desalidas BNC respectivas para cada señal. Laalimentación del circuito es de 15V y se le administraal circuito con una entrada DB9 colocada en la partetrasera de la caja. Las señales del circuito de deteccióncon el haz de prueba incidiendo sin atenuación son delorden 14V, por lo que se debe atenuar el haz de pruebapara poder observar las caídas de intensidad.

4. CÓMO BUSCAR PICOS DE ABSORCIÓN

En esta sección se describirá el procedimiento pararealizar espectros copia de absorción, de absorción librede Doppler y de polarización. Básicamente se deben

Fig~9-E.squema del circ-uit{) integrsd() TL074,bungen t"",mla dd",a"ual d.1 '."'po"ente.

PBS

ajustar ciertas cantidades que determinan la frecuenciaemisión del diodo-láser.

maxlmo con el tornillo B, y así sucesivamente hastaque el umbral haya bajado lo deseado, siemprebuscando máximos de intensidad. Luego, se regresa aalguna zona de corriente en la que se haya identificadoalguna transición y ahí se usa el tornillo C hasta que sevea fluorescencia en la cavidad con un visor infrarrojo.Se hace notar que, si el proceso de bajar el umbral selleva a cabo después del aislante óptico, primero sedebe alinear correctamente este, sino es así, seencontrarán máximos de intensidad relativos a la

alineación del aislante, no a una mejora en laretroalimentación. Bajar el umbral del diodo-láser,permite usar un intervalo de corrientes más grandesobre el diodo, esto es una ventaja ya que evita tenerque llegar a corrientes muy altas que pueden dañarlo.Una vez hecho esto, se procede a hacer los ajustes finosen las cantidades que determinan la retroalimentación,es decir, a buscar los picos de absorción. Para ver conmás detalle la estructura y funcionamiento de lamontura del diodo-láser ver [3].

4.3. AJUSTES FINOS PARA BUSCAR PICOSDE ABSORCIÓN.

Una vez que la retroalimentación del láser es aceptabley que la temperatura es estable, se procede a buscarseñales de absorción. Primero, se busca desde elcontrolador del diodo-láser la corriente en la cual se

observó fluorescencia. En el caso de este trabajo, lascondiciones estaban siempre alrededor de 88.8mA.También, confiando que la alineación sea aceptable, seprocede a balancear las dos señales del haz de pruebaen el circuito de detección. Para esto se hace lo

siguiente:Primero, se revisa que el haz de prueba al pasar por elPBS del circuito de detección incida correctamentesobre los dos fotodiodos. Errores en la incidencia

puede provocar problemas con la resta de las señales enel anclado. Segundo, viendo en un osciloscopio ladiferencia entre las dos señales del haz de prueba (eneste caso sin un haz de saturación) debe ser cero; estose debe lograr usando el polarizador del haz de pruebay modificando las ganancias del circuito de detección.Una vez que las señales están balanceadas (la restaentre ellas es cero), se conecta al diodo láser un voltajedado por un piezoeléctrico. A través de este voltaje, sepuede cambiar el tamaño de la cavidad de manera fina;al menos con mayor precisión que usando los tomillos,es por eso que hay que alinearlos y bajar el umbral. Elpiezoeléctrico trabaja multiplicando por un factor dediez cualquier señal que se le introduzca. Para poderver los espectros de absorción que se mostraron en lasfiguras 2 y 4, lo que se hace es introducir en elpiezoeléctrico una señal proveniente de un generadorde funciones A esta señal se le denomina "rampa". Loque hará la rampa será cambiar el voltaje de forma quela frecuencia emitida por el diodo-láser también varíe,con esto se pueden barrer zonas alrededor de las

e

la

B

Cpemd:teuemanelt'a más rma

10: \lsta l;uN'al de lamOnl:ura del diod" láser endlmde se encnentran lostomillos,modificar la

4.2. AJUSTES EN LARETROALIMENTACIÓN DEL LÁSER

El ancho de emisión del diodo-láser es bastante grandepor lo que primero hay que encontrar la zona en la queel diodo láser emite en las transiciones del Rubidio. El

primer paso para encontrar esta zona es darleestabilidad a la emisión del láser siguiendo unprocedimiento para disminuir la cota inferior decorriente en la que se encuentra el umbral del láser.Este umbral es la corriente en la que el diodo-láserempieza a emitir y se reconoce por un cambio drásticoen la intensidad del láser. Para verificar el umbral, se

coloca a la salida del aislante óptico un medidor depotencia; por esta razón es importante tener el aislantebien alineado. Para poder alinear de manera correcta,se recomienda subir la corriente que pasa por el diodohasta el orden de 40mA en la cual la intensidad del haz

es aceptable. Cuando está bien alineado con respecto almedidor es cuando se detecta el máximo de intensidad.

Una vez alineado, se baja la corriente (normalmentecerca de 20mA) y se va aumentando progresivamentehasta que se observa un cambio abrupto en laintensidad. Ese cambio ocurre en el umbral como se

mencionó. Si el umbral ocurre con una corriente grande(en este caso el ejemplo es mayor a 30mA), entonces sedebe bajar el umbral. Para hacer esto, se debe ver quela montura del diodo-láser tiene tres tornillos con los

que se puede cambiar la alineación de la cavidad y conesto la retroalimentación. Un esquema de los tornillos

. se muestra en la

figura 10. Parabajar el umbral, sehace pasar unacorriente de almenos 3mA

mayor que lo quese quiere bajar.Por ejemplo, parabajar a menos de28mA, se colocaen 30.SmA. Con

esa corriente, y elmedidor de

potencia alineadocon el haz, seprocede a moverla cavidad con el

tornillo A, hastaque se llegue a unmáximo de

intensidad. Luego,se busca otro

Aunque se pueden modificar las condiciones, las quese usaron en este caso fueron l20mA de corriente

máxima y lS.7°C de temperatura.

frecuencias de transición y ver los espectros. La rampadebe tener frecuencia y amplitud tales que se alcancena ver la mayor cantidad de picos de absorción. Conbastante definición como en las figuras, se usaronrampas triangulares de frecuencia de alrededor de350mHz y de 4V a 5V de amplitud pico a pico. Por suparte el piezoeléctrico tiene un voltaje offset al que sele añade la señal triangular. De esta forma,modificando tanto la amplitud de la señal como eloffset propio del piezoeléctrico, se puede modificar eltamaño de la cavidad de manera fina para encontrar lastransiciones del Rubidio. Se debe tener en cuenta quenunca se debe pasar en el piezoeléctrico de más delOOV ni menos de OV, pues se puede dañar algunaspartes importantes del sistemas completo del diodoláser. De esta forma, modificando corriente, offset del

piezoeléctrico y amplitud de la rampa, se puedeencontrar la región de frecuencia de las transiciones.Sin embargo, por condiciones térmicas y derelajamiento mecánico, la frecuencia de emisión delsistema del diodo láser no es estable. Es por esto que seconstruyó un circuito analógico para mantener establela frecuencia de emisión en las transiciones delRubidio. A este circuito se le conoce como circuito de

anclado y de él se hablará en la siguiente sección.

5. CIRCUITO DE ANCLADO.

El circuito de anclado va a permitir estabilizar lafrecuencia de emisión del diodo-láser en una de las

transiciones del Rubidio. Por efectos térmicos y de

relajamiento de los materiales, la frecuencia de emisióndel diodo se desvía conforme transcurre el tiempo.Aunque la desviación puede no ser muy grande, esimportante tener la frecuencia estable para realizarexperimentos como atrapamiento de átomos frios oespectros copia de dos fotones. De las tresespectros copias descritas con anterioridad, la quepermite más resolución es la de polarización. Es poreso que usando las dos señales provenientes delcircuito de detección y resultantes de la espectros copiade polarización se puede lograr el anclado de

Fig 11 Circuito de ancladoRESTA

lúl{

frecuencia. Básicamente el circuito tomará estas dos

señales, las restará y dará como salida una señal devoltaje proporcional a la desviación en frecuencia, esdecir, a la resta; la señal retroalimentará el voltaje delpiezoeléctrico de forma que mantenga estable laemisión. El circuito se conforma por cuatro partes cadauna con su propio amplificador operacional. Sinembargo, dado que el circuito integrado TL074 tienecuatro amplificadores es posible sólo usar uno de estoscircuitos para ahorrar espacio. En la figura 11 semuestra un esquema del circuito. A continuación sedescribirá cada una de sus partes.

5.1. PARTES DEL CIRCUITO DE ANCLADO

1. Restador. La primera parte consiste simplementeen un restador. En esta parte del circuito setoman las dos señales provenientes del circuitode detección y se restan sin ninguna ganancia desalida.

2. Inversor. A la salida del restador se coloca un

amplificador en configuración inversora. Estecircuito lo que hace es cambiar el signo de laresta de fonna que también cambia el signo delapendiente de la señal final de retroalimentaciónde voltaje. Esta parte es de suma importanciapues permite tener un control sobre la direcciónen la que uno se quiere mover dentro del barridode frecuencias. La señal de salida de voltaje seráun símil de la resta mostrada en el espectro depolarización, de forma que si no se tiene el signocorrecto en el voltaje de retroalimentación, elcircuito no anclaría sino que alejaría a la emisiónde la frecuencia de transición. Esta partetampoco aporta ninguna ganancia al sistema.

3. Filtro. A la salida del inversor se coloca un filtro

para limpiar la señal de frecuencias parásitas.Este filtro es variable y permite modificar laganancia de la señal (sólo su amplitud) por unfactor cercano a diez.

4. Amplificación de salida. La última parte delcircuito consta de un amplificador que da unaganancia a la señal de salida que permite

+lSY HiK. SOK . lO~ .1SV

•./i. !V\V/''---Á.Mif. ,---,,\\/\;\;,\ .•.V ~ \l '.'1' Vl,

OUTPUTOFFSET

5K

modificar su amplitud. A su vez también tieneuna ganancia para el offset de la señal. De formaque con esta parte del circuito es posiblemodificar de manera fina la amplitud de la señalasi como su origen. Esto es de suma importanciapues se tiene que tener control sobre la gananciade la señal para poder buscar las condiciones devoltaje de salida óptimas en cada caso paralograr el anclado.

5.2 CAJA DEL CIRCUITO DE ANCLADO.

El circuito completo está colocado sobre una cajacomo se muestra en la figura 12. Las señales de los

fotodiodos entran por unas entradas BNC respectivasa las que se les llama en la figura "Input" 1 y 2, estosconectores BNC están en un lado de la caja. La señalde salida se puede obtener a través de un conectorBNC situado del mismo lado de las entradas; en la

figura se le reconoce por "Output" El circuito sealimenta con 15V a través de un conector DB9

ubicado en una de las caras frontales de la caja este.Del lado opuesto de la caja se le colocó otro conectorDB9, el cual tiene como función servir a laalternativa de alimentar al circuito y darle las señalesdel circuito de detección a través de una entrada de

este tipo. Las ganancias del filtro asi como de laamplitud de salida se regulan por medio de un par depotenciómetros respectivos situados en un lado de lacaja, el lado opuesto a la entrada de las señales. Deese mismo lado de la caja se colocó un conectorBNC con el nombre de "Monitoring" el cual permite

Flg. 12 Esquema de la caja del circuito de anclado.

BNC Olllput

obtener la señal de salida del restador, con el fin

de poder monitorear la resta. En la parte superiorde la caja se encuentra otro potenciómetro queregula el offset de la señal de salida. Por último,como medida de seguridad, se colocó al lado delconector DB9 de alimentación, un interruptor quepermite la salida de la señal de voltaje deretroalimentación del circuito o la interrumpe.Este elemento fue colocado para prevenir el dañoen el sistema del diodo si es necesario.5.3 OPERACIÓN DEL CIRCUITO DE

ANCLADO.En esta última seCClOn se describirá el

procedimiento para utilizar el circuito de ancladoy poder estabilizar la frecuencia. En primer lugar,se debe tener el dispositivo de espectroscopia depolarización ya colocado asi como haberidentificado las regiones de la transición y tenerlabien caracterizada. Una vez hecho esto, se tomanlas dos señales del circuito de detección y se

colocan en el circuito de anclado. Substituyendo laseñal de la "rampa" que iba al piezoeléctrico, se colocala salida del circuito· de anclado a éste. Ahora, en vez

de que la rampa sea amplificada por el piezoeléctrico,lo será la señal de retroalimentación del circuito deanclado. Una vez conectada la señal es conveniente

poner el interruptor en "OFF" para buscar la transiciónmanualmente. Se procede entonces a buscarmanualmente con el offset del piezoeléctrico el voltajeen el que se ubica un cambio en la transición. Esto sepuede hacer viendo la señal del "monitoring" en unosciloscopio. Una vez ubicada se prende el interruptorpara dejar pasar la señal de retroalimentación delcircuito de anclado. Se debe en ese momento modificar

el signo de la pendiente y las ganancias del filtro y dela amplitud asi como del offset para encontrar lascondiciones óptimas para que la frecuencia del láserquede estable. La muestra más clara de que la señal esestable, es que la resta y en consecuencia la señal deretroalimentación, vistas en un osciloscopio es unabanda en que la amplitud se ensancha y oscilarápidamente resultado de que el circuito estácompensando la desviación. De esta forma el diodo­láser se mantendrá estable en emisión por largo tiemposi las condiciones impuestas sobre la señal deretroalimentación fueron adecuadas. Incluso el láser

emite establemente si ocurren perturbaciones ligerassobre la mesa donde esté montado el diodo. En el

apéndice se muestran imágenes de cómo debe verse elanclado.

BNCInpnt 1

BNC Input 2

DB9

DB9

Circuito de Anclado

Ou/Off

Filtro

Ga

BNC Monítoriug

CONCLUSIONES

Se describen los dispositivos de espectroscopias de absorción, de absorción saturada y de polarización con el finde poder anclar la frecuencia de emisión de un diodo-láser en una de las transiciones atómicas hiperfinas delRubidio. Además se describen el circuito de detección, los pasos a seguir para encontrar las transiciones asicomo el circuito de anclado y el procedimiento para anclar con éste.

REFERENCIAS

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APÉNDICE: IMÁGENES DE LAS SEÑALES TOMADAS DESDE EL OSCILOSCOPIO

Es posible tomar las señales y capturar lo visto desde el osci10scopio en una computadora.A continuación se muestran una serie de imágenes de distintas señales vistas desde el osciloscopio.

Fig. Al Espectro de Absorción. La señal azul

es el espectro, mientras que la verde es la

rampa.

TOS 2D24 0212:22 pm. 05/0112010

Fig. A3 Espectro de Polarización. La señalmagenta es el espectro, la verde es la rampa y laamarilla es la señal de salida del circuito de

anclado

TOS 2024 0928:$7 pm. 24/0Ll/2009

Fig. A2 Espectro de Absorción Saturada. La

señal azul es el espectro, mientras que la verde

es la rampa.

TOS 2024" 02:28:56 ¡un. 05/0112010

Fig. A4 Diodo estable en frecuencia. La señal

magenta es la resta de las señales, mientras quela amarilla es la salida del circuito de anclado.

Se puede observar como las oscilaciones son

rápidas, muestra de que el sistema está ancladoen frecuencia.